《European Journal of Inorganic Chemistry》:Fluorinated and B-Vinylated Tris(pyridyl)borate in Copper(I) Coordination Chemistry
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研究人员合成并全面表征了带有硼上乙烯基取代基的氟化三(吡啶基)硼酸盐(tris(pyridyl)borate),拓展了聚(吡啶基)硼酸盐(poly(pyridyl)borate)配体家族的多样性与功能可调性。在乙烯(ethylene)、一氧化碳(carbon
研究人员合成并全面表征了带有硼上乙烯基取代基的氟化三(吡啶基)硼酸盐(tris(pyridyl)borate),拓展了聚(吡啶基)硼酸盐(poly(pyridyl)borate)配体家族的多样性与功能可调性。在乙烯(ethylene)、一氧化碳(carbon monoxide, CO)和三苯基膦(triphenylphosphine, PPh3)辅助配体存在下,研究人员考察了该配体与铜(I)的配位化学。单晶X射线衍射(single?crystal X?ray diffraction)研究表明其具有截然不同的配位环境:在CO和PPh3配合物的固态结构中,乙烯基直接配位于铜,而在乙烯配合物中乙烯基保持游离。室温核磁共振(NMR)光谱显示,乙烯和羰基配合物的CDCl3溶液中有两种异构体——金属配位乙烯基物种与游离乙烯基物种共存;而膦配合物在室温CDCl3溶液中仅显示一种异构体。这些结果强调了利用聚(吡啶基)硼酸盐配体硼上的附加官能团来调节金属配位配合物电子与结构性质的潜力,为其应用提供了有用的设计原则。研究人员还展示了利用易得的乙烯基?硼前体进行配体组装的方法。
该研究发表于《European Journal of Inorganic Chemistry》。聚(吡啶基)硼酸盐(poly(pyridyl)borate,一类Scorpionate型配体,以B–C键连接六个元吡啶基供体臂,区别于以B–N键连接的聚(吡唑基)硼酸盐poly(pyrazolyl)borate)自1993年及2012年奠基性工作以来逐渐发展,但以往报道多集中于芳基取代硼中心及吡啶环取代修饰,硼上引入不饱和π体系如乙烯基的研究尚缺。此前虽已实现氟代及6位取代三(吡啶基)硼酸盐并用于稳定Cu(I)、Ag(I)、Au(I)的乙烯配合物,但硼上乙烯基可提供潜在的次级金属–配体相互作用及后续聚合位点,有望精细调控电子与空间性质并拓展至催化与材料领域,因此开展本工作。
研究人员以商业化钾盐乙烯三氟硼酸盐(potassium vinyltrifluoroborate)与四丁基铵溴盐复分解制得有机溶性更高的四正丁基铵乙烯三氟硼酸盐([n?Bu4N][vinylBF3]),再与6?三氟甲基?2?吡啶基氯化镁发生盐复分解反应,以约60%收率克级制备质子化B?乙烯基三(6?(CF3)吡啶基)硼酸盐([vinylB(6?(CF3)Py)3]H),经多核NMR与高分辨质谱(HRMS)确证。随后用KH脱质子得钾盐配体,分别与Cu(I)三氟甲磺酸盐在乙烯或CO气氛下反应,制得铜(I)?乙烯配合物([vinylB(6?(CF3)Py)3]Cu(C2H4))与铜(I)?羰基配合物([vinylB(6?(CF3)Py)3]Cu(CO));另以Cu(CH3CN)4BF4与PPh3制得铜(I)?三苯基膦配合物([vinylB(6?(CF3)Py)3]Cu(PPh3))。所有配合物经单晶X射线衍射、多核NMR(1H、13C{1H}、19F、11B{1H}、31P{1H})及红外光谱(ATR?IR)表征。
作者为开展研究用到的主要关键技术方法包括:通过盐复分解法制备四正丁基铵乙烯三氟硼酸盐前体,利用格氏试剂介导的硼?碳偶联组装B?乙烯基三(吡啶基)硼酸盐配体;采用Schlenk线与干燥箱无氧操作技术处理对空气敏感的铜(I)配合物;运用单晶X射线衍射(100?K,Mo?Kα)解析固态分子结构与配位模式;借助变温多核核磁共振(1H、13C{1H}、19F、11B{1H}、31P{1H})分析溶液中异构体动态平衡;利用衰减全反射红外光谱(ATR?IR)测定羰基伸缩振动频率以评估金属到CO的π背捐赠程度;配合高分辨质谱确认分子离子峰及解离行为。
1 Introduction
研究人员指出聚(吡啶基)硼酸盐相较聚(吡唑基)硼酸盐具更大空间需求与更强σ捐赠能力,但硼上功能化仍有限。此前氟代体系多为芳基?B,引入乙烯基可提供π系统与聚合潜力,且Cu(I)已知可与乙烯基硼酸盐中乙烯基配位,故设计合成[vinylB(6?(CF3)Py)3]?并考察其与Cu(I)在乙烯、CO、PPh3辅助下的配位行为。
2 Results and Discussion
配体合成方面,研究人员由[n?Bu4N][vinylBF3]与6?三氟甲基?2?吡啶基氯化镁反应得质子化配体[vinylB(6?(CF3)Py)3]H,产率约60%,经NMR与HRMS表征。铜(I)?乙烯配合物(7)与铜(I)?羰基配合物(8)均在常压气体下由配体钾盐与CuOTf反应制得,减压6?h内稳定不丢失配位小分子。
单晶结构显示,7中三(吡啶基)硼酸盐以κ2?NN模式配位,第三吡啶基臂平躺于Cu–乙烯键平面上方,乙烯基游离;8中同样κ2?NN配位,但乙烯基摆动至配位于Cu(I),第三吡啶基居背面,形成四配位拟四面体。键长数据表明7中Cu–N较8短,乙烯C═C(1.368(2)??)较自由乙烯拉长,8中乙烯基C═C(1.349(3)??)较7(1.330(2)??)拉长因配位所致;8中Cu–CO为1.839(2)??,略长于类似三配位体系。
溶液NMR显示7在CDCl3中有两组乙烯=CH2信号(δ?4.57与3.53?ppm)及两组乙烯基共振,暗示两种异构体(侧翼吡啶 vs 侧翼乙烯基)动态平衡,降温至?40?℃时19F?NMR由单峰分三峰;8同样有两套乙烯基信号,室温19F即现三峰(δ??64.86?%),表明异构体互变慢于7,因Cu–乙烯基作用稳定其一。两配合物11B{1H}均现双峰,较自由配体钾盐上移。IR中8的ν(CO)为2092?cm?1,较自由CO红移51?cm?1,显示较强金属→CO π背捐赠,且低于芳基?B类似物,反映乙烯基捐赠使Cu更富电子。
磷化物配合物(9)为四配位,固态中三(吡啶基)硼酸盐以两吡啶基+乙烯基配位Cu,第三吡啶基居背,Cu–乙烯基距离较8更长,角度总和354.9°近平面。31P{1H}单峰、11B单峰、室温1H乙烯基单组信号及19F单峰提示溶液中快速动态平均或单一优势构型。
3 Conclusion
研究人员成功合成并表征B?乙烯基三(吡啶基)硼酸盐,拓展该配体家族功能多样性。该配体与Cu(I)在乙烯、CO、PPh3辅助下形成配合物,单晶衍射显示CO与PPh3体系中乙烯基固态配位,乙烯体系中游离;溶液行为复杂,存结构异构。乙烯基功能化配体依辅助配体平衡乙烯基配位/游离模式,可调Cu中心电子环境,利于催化与材料科学应用。研究人员亦展示以商用有机三氟硼酸盐为前体在氮螯合剂硼中心引入官能团的方法。
讨论部分总结:该研究通过固态与溶液多层次结构解析,阐明硼上乙烯基在三(吡啶基)硼酸盐?Cu(I)体系中的配位柔性及其受辅助配体调控的规律,证实乙烯基既可作次级供体又可保持游离,为聚(吡啶基)硼酸盐的电子与空间剪裁提供实证设计原则,同时确立易得乙烯基?硼前体在配体组装中的实用价值,对发展含不饱和侧链的功能硼酸盐配体具参考意义。
研究结论部分原文翻译:
在本研究中,研究人员成功合成并表征了一种B?乙烯基三(吡啶基)硼酸盐配体,拓展了聚(吡啶基)硼酸盐配体系统的功能多样性。研究人员利用乙烯、一氧化碳和三苯基膦等辅助配体探讨了该配体与铜(I)的配位化学。通过单晶X射线衍射进行的结构表征揭示了不同的配位模式:在CO和PPh3配合物的固态结构中,乙烯基参与铜(I)配位,而在乙烯配合物中乙烯基保持游离。溶液行为更为复杂,表明存在结构异构体。总体而言,乙烯基功能化三(吡啶基)硼酸盐配体在乙烯基配位与乙烯基游离模式之间取得平衡,这取决于乙烯、CO和PPh3等次级供体,从而导致铜中心可调的电子环境,这可能有助于涉及催化与材料科学的应用。研究人员还展示了使用便捷且商业可得的有机三氟硼酸盐作为前体,将官能团引入这些氮基螯合剂硼中心的方法。
要不要我帮你把论文中三个铜配合物(乙烯、羰基、三苯基膦)的固态结构差异与溶液异构现象整理成一段精简的对比总结?